Influența temperaturii asupra vitezei unei reacții chimice este determinată aproximativ de regula lui van't Hoff. Cu o creștere a temperaturii cu 10 0 C, viteza unei reacții chimice crește de 2-4 ori.
Notarea matematică a regulii van't Hoff: γ - coeficientul de temperatură al vitezei de reacție sau coeficientul van't Hoff pentru majoritatea reacțiilor se află în intervalul 2-4.
O sarcină. De câte ori se va schimba viteza unei reacții chimice care are loc în faza gazoasă dacă temperatura se schimbă de la 80 0 С la 120 0 С ( γ = 3)?
În conformitate cu regula van't Hoff, scriem:
O creștere a vitezei unei reacții chimice cu creșterea temperaturii se explică nu numai prin creșterea energiei cinetice a moleculelor care interacționează. De exemplu, numărul de ciocniri de molecule crește proporțional cu rădăcina pătrată a temperaturii absolute. Când substanțele sunt încălzite de la zero la o sută de grade Celsius, viteza de mișcare a moleculelor crește de 1,2 ori, iar viteza unei reacții chimice crește de aproximativ 59 de mii de ori. O astfel de creștere bruscă a vitezei de reacție cu creșterea temperaturii se explică prin proporția de molecule active ale căror ciocniri conduc la interacțiuni chimice. Conform teoriei coliziunilor active, numai molecule active, a cărui energie depășește energia medie a moleculelor unei substanțe date, adică. molecule cu energie de activare.
Energia de activare (EA)- aceasta este energia in exces fata de aportul mediu pe care trebuie sa o aiba moleculele pentru a desfasura o reactie chimica. Dacă E A< 40 кДж/моль – реакции протекают быстро, если Е А >120 kJ / mol - reacțiile nu au loc dacă E A \u003d 40-120 kJ / mol - reacțiile au loc în condiții normale. O creștere a temperaturii reduce energia de activare, face substanțele mai reactive, iar rata de interacțiune crește.
O dependență mai precisă a vitezei unei reacții chimice de temperatură a fost stabilită de C. Arrhenius: constanta de viteză a reacției este proporțională cu baza logaritmului natural ridicat la putere (-E A / RT). ,
A - factor pre-exponenţial, determină numărul de activi
coliziuni;
e este exponentul (baza logaritmului natural).
inspirat de vremeCATEVA INFORMATII DESPRE PRINCIPIILE DE LUCRU
Încălzitoare cu cărbune.
Chiar și în urmă cu 90 de ani, gândirea inventiva s-a îndreptat către cel mai comun proces exotermic - reacția de ardere. Au apărut dispozitive în care o tijă de cărbune mocnitoare învelită în hârtie specială era așezată într-o carcasă metalică, iar aceasta din urmă într-o carcasă de pânză. Astfel de încălzitoare au cântărit relativ puțin și au acționat timp de 5-6 ore. La suprafața carcasei, temperatura era de la 60 la 100 de grade Celsius.
C + O2 --> CO2 + 94 kcal/mol
încălzitoare catalitice.
În timpul Primului Război Mondial, milioane de soldați au înghețat în tranșee, iar în cei patru ani de război, inventatorii Statelor Unite, Japoniei și Angliei au brevetat mai multe versiuni de încălzitoare de lichid de buzunar. Principiul funcționării lor era simplu: oxidarea catalitică fără flacără a alcoolului sau a benzinei. Platina a servit drept catalizator în toate cazurile. Pernuța de încălzire japoneză arăta ca o cutie de țigări, în interiorul căreia se afla un rezervor umplut cu bumbac și o garnitură de platină. În carcasă au fost forate găuri pentru alimentarea cu aer a catalizatorului și îndepărtarea gazelor de ardere. Pentru a porni încălzitorul, s-a turnat alcool în rezervor, care a impregnat vata. Apoi catalizatorul a fost încălzit cu o flacără de chibrit și a început reacția. Principalul dezavantaj al încălzitoarelor catalitice este durata de viață limitată a acestora: impuritățile conținute în combustibil otrăvește rapid catalizatorul și tasta de încălzire a țigărilor devine inutilă.
Tampoane de încălzire folosind reacția de stingere a calcarului.
În anii 1920, în Germania, s-a propus să se folosească căldura degajată atunci când varul nestins era stins cu apă pentru a încălzi alimentele pe câmp. Totuși, efectul termic insuficient de mare al reacției a împiedicat la început aplicarea practică a acestei idei. Un pas înainte a fost combinarea a două reacții: stingerea calcarului și neutralizarea calcarului. Pentru aceasta, în var au fost introduși hidrați cristalini de acid oxalic sau citric. Reacțiile din placa de încălzire au mers conform următoarei scheme.
CaO + H2O --> Ca(OH)2 + 10,6 kcal.
2Ca (OH) 2 + H2C2O4 + 2 H2O --> CaC2O4 + 4H2O + 31 kcal
Cu aceste două reacții, este posibil să se obțină temperaturi de la 100 la 300 de grade Celsius într-un dispozitiv portabil. În plus, utilizarea hidraților acizi vă permite să porniți placa de încălzire cu o cantitate mică de apă, iar apa eliberată în timpul neutralizării va reacționa cu următoarele porțiuni de var.
Perne de încălzire folosind reacții de oxidare a metalelor.
În condiții normale, coroziunea metalelor în aer se desfășoară, din fericire, încet. Prezența sărurilor accelerează dramatic procesul. La sfârșitul anilor 20, pentru încălzirea soldaților Armatei Roșii se recomanda o plăcuță de încălzire „de fier” - pe lângă pilitură de fier, permanganat de potasiu și umpluturi - într-o pungă de material cauciucat se puneau cărbune și nisip. După adăugarea apei, temperatura de 100 de grade Celsius se menține pe suprafața încălzitorului timp de 10-20 de ore.
4Fe + 2H2 O + 3O2 --> 2(Fe2O3 * H2O) + 390,4 kcal/mol
În loc de fier în plăcuțe de încălzire corozive, este mai bine să folosiți aluminiu. În această reacție se eliberează mult mai multă căldură decât în timpul oxidării fierului:
8Al + 3Fe3O4 ---> 4Al2O3 + 9Fe + 795 kcal/mol
Tampoane de încălzire folosind reacții de deplasare a metalului.
În 1940, în URSS a fost dezvoltată o centură de încălzire - un rezervor de cupru acoperit cu piele, care a fost atașat de o centură de pantaloni. Rezervorul a fost umplut cu 200 g de amestec de reacție - pulbere de aluminiu de clorură de cupru, luată în raport stoichiometric. Apă în cantitate de 100-120 ml. a fost adăugată în rezervor dintr-o sticlă cu pulverizare din buzunarul de la piept. Alimentarea cu apă era reglată printr-un simplu releu termic. Cureaua se poate menține cald timp de 8 ore. Această plăcuță de încălzire chimică era nouă nu numai ca formă, ci și ca conținut: pentru prima dată s-a folosit căldura generată de deplasarea unui metal cu altul, mai electronegativ. La Leningrad, în timpul iernii blocadei din 1942, s-au folosit plăcuțe de încălzire umplute cu un amestec de clorură de cupru și așchii de fier. Dintr-o umplere cu apă, astfel de plăcuțe de încălzire au funcționat 60-70 de ore.
Incalzitoare de cristalizare.
Încălzitoarele de cristalizare folosesc substanțe cu puncte de topire scăzute și călduri de fuziune relativ mari. Un astfel de acumulator termic degajă căldură, care este eliberată în timpul cristalizării sau solidificării unei substanțe preîncălzite și topite. Corpul de lucru clasic al încălzitoarelor-acumulatoare este parafina. De asemenea, puteți utiliza acid stearic, hidrați cristalini cu punct de topire scăzut, de exemplu, sarea Glauber Na2 SO4 * 10H2O sau acetat de sodiu trihidrat CH3COONa * 3H2O. Adăugările mici la clorură de calciu hidratată, tiosulfit de sodiu sau glicerină pot încetini procesul de cristalizare și, prin urmare, pot crește durata de încălzire. Placa de încălzire se încălzește în 15 secunde. până la 55 °C și procesul de eliberare a căldurii durează 25-30 de minute. Placa de incalzire are o capacitate termica suficient de mare si poate degaja caldura pentru inca 25-30 de minute in modul de racire. Un tampon de încălzire de tip cristalizare este bun ca agent terapeutic și profilactic pentru procesele inflamatorii, pentru pacienții cu diverse forme de sciatică, pentru tubaj hepatic și alte proceduri în condiții staționare (acasă sau într-un spital).
Utilizarea încălzitoarelor cu cristalizare în situații de urgență în teren este limitată de durata scurtă a modului de eliberare a căldurii a încălzitoarelor.
Principalul avantaj al plăcuțelor de încălzire de tip cristalizare este posibilitatea utilizării repetate: pentru a restabili starea inițială a plăcuței de încălzire, este suficient să-l fierbeți în apă timp de 15-20 de minute.
http://umcsa.narod.ru/rus/umcsa/projects/ait.htm
Încălzitor cu tub de încercare
Când faceți drumeții, pescuit, mai ales pe vreme rea, este adesea nevoie de o pernă de încălzire obișnuită. Desigur, cauciucul obișnuit este, de asemenea, bun, dar are un dezavantaj semnificativ: apa este încălzită foarte lent pentru ea în joc.
Să încercăm să facem o pernă de încălzire chimică. Pentru a face acest lucru, avem nevoie de cei mai obișnuiți reactivi.
Să începem cu un experiment simplu. Du-te la bucătărie și ia un pachet de sare de masă. Cu toate acestea, nu aveți nevoie de un pachet. 20 g (2 lingurițe) vor fi suficiente. Apoi priviți în dulap, unde sunt depozitate tot felul de preparate și materiale de uz casnic. Cu siguranță s-a păstrat după repararea apartamentului puțin sulfat de cupru. Va avea nevoie de 40 g (3 lingurițe). Se vor găsi, probabil, așchii de lemn și o bucată de sârmă de aluminiu. Dacă da, ești gata. Se toarnă vitriolul și sarea într-un mojar, astfel încât dimensiunea cristalelor să nu depășească 1 mm (desigur, cu ochiul). Adăugați 30 g (5 linguri) de rumeguș la amestecul rezultat și amestecați bine. Îndoiți o bucată de sârmă cu o spirală sau un șarpe, puneți-o într-un borcan cu maioneză. Turnați amestecul preparat acolo, astfel încât nivelul de umplere să fie la 1-1,5 cm sub gâtul borcanului. Pernuța de încălzire este în mâinile tale. Pentru a o pune în acțiune, este suficient să turnați 50 ml (un sfert de cană) de apă într-un borcan. După 3-4 minute, temperatura pernei de încălzire va crește la 50-60°C.
De unde vine căldura din borcan și ce rol joacă fiecare dintre componente? Să ne uităm la ecuația reacției:
CuSO4+2NaCl > Na2SO4+CuCl2
Ca rezultat al interacțiunii sulfatului de cupru cu sarea comună, se formează sulfat de sodiu și clorură de cupru. Ea este cea care ne interesează. Dacă calculăm balanța termică a reacției, se dovedește că formarea unei molecule-gram de clorură de cupru eliberează 4700 de calorii de căldură. În plus, căldura de dizolvare în preparatele inițiale rezultate este de 24.999 de calorii. Total: Aproximativ 29.600 de calorii.
Imediat după formare, clorura de cupru interacționează cu firul de aluminiu:
2Al+3CuCl2 > 2AlCl3+3Cu
În acest caz, se eliberează aproximativ 84.000 de calorii (tot în termeni de 1 g-mol de clorură de cupru).
După cum puteți vedea, în urma procesului, cantitatea totală de căldură eliberată depășește 100.000 de calorii per gram-moleculă de substanță. Deci nu există greșeală sau înșelăciune: placa de încălzire este reală.
Ce zici de rumeguș? Fără a lua parte la reacțiile chimice, ele joacă în același timp un rol foarte important. Absorbind cu lăcomie apa, rumegușul încetinește cursul reacțiilor, întinde în timp activitatea plăcuței de încălzire. În plus, lemnul are o conductivitate termică destul de scăzută: acumulează oarecum căldura degajată și apoi o cedează în mod constant. Într-un recipient etanș, căldura este reținută timp de cel puțin două ore.
Și ultima remarcă: banca, desigur, nu este cel mai bun vas pentru o pernă de încălzire. Aveam nevoie de el doar în scopuri demonstrative. Așa că gândiți-vă singur la forma și materialul rezervorului în care să plasați amestecul de încălzire.
Elementele chimice care alcătuiesc natura animată și neînsuflețită sunt în continuă mișcare, deoarece substanțele care constau din aceste elemente sunt în continuă schimbare.
Reacții chimice (din latină reacție - contraacțiune, respingere) - acesta este răspunsul substanțelor la influența altor substanțe și factori fizici (temperatură, presiune, radiații etc.).
Totuși, această definiție corespunde și modificărilor fizice care apar cu substanțele - fierbere, topire, condensare etc. Prin urmare, este necesar să se clarifice că reacțiile chimice sunt procese care distrug vechile legături chimice și creează altele noi și, ca urmare, din substanţe noi se formează.
Reacțiile chimice au loc în mod constant atât în interiorul corpului nostru, cât și în lumea din jurul nostru. Nenumărate reacții sunt de obicei clasificate în funcție de diferite criterii. Să ne amintim de la cursul de clasa a VIII-a semnele cu care ești deja familiarizat. Pentru a face acest lucru, apelăm la un experiment de laborator.
Experiența de laborator #3
Înlocuirea fierului cu cupru în soluție de sulfat de cupru (II).
Se toarnă 2 ml de soluție de sulfat de cupru (II) într-o eprubetă și se pune un știft sau o agrafă în ea. La ce te uiti? Scrieți ecuațiile de reacție în forme moleculare și ionice. Luați în considerare procesele redox. Pe baza ecuației moleculare, atribuiți această reacție unuia sau altuia grup de reacții pe baza următoarelor caracteristici:
Acum verifică-te. CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu.
|
Am ajuns la un concept foarte important în chimie - „viteza unei reacții chimice”. Se știe că unele reacții chimice au loc foarte repede, altele - pentru perioade considerabile de timp. Când o soluție de azotat de argint este adăugată la o soluție de clorură de sodiu, un precipitat alb de brânză precipită aproape instantaneu:
AgNO 3 + NaCl \u003d NaNO 3 + AgCl ↓.
Reacțiile se desfășoară cu viteze mari, însoțite de o explozie (Fig. 11, 1). Dimpotrivă, stalactitele și stalagmitele cresc încet în peșterile de piatră (Fig. 11, 2), produsele din oțel se corodează (rugină) (Fig. 11, 3), palatele și statuile sunt distruse sub acțiunea ploilor acide (Fig. 11, 4).
Orez. unsprezece.
Reacții chimice care au loc la viteze mari (1) și foarte încet (2-4)
| Viteza unei reacții chimice este înțeleasă ca modificarea concentrației de reactanți pe unitatea de timp: V p \u003d C 1 - C 2 /t. |
La rândul său, concentrația este înțeleasă ca raportul dintre cantitatea unei substanțe (după cum știți, se măsoară în moli) și volumul pe care îl ocupă (în litri). De aici nu este dificil să se obțină unitatea de măsură a vitezei unei reacții chimice - 1 mol / (l s).
Studiul vitezei unei reacții chimice este o ramură specială a chimiei numită cinetică chimică.
Cunoașterea tiparelor sale vă permite să controlați o reacție chimică, făcând-o să continue mai rapid sau mai lent.
Ce factori afectează viteza unei reacții chimice?
1. Natura reactanților. Să trecem la experiment.
Experimentul de laborator nr. 4
Dependența vitezei unei reacții chimice de natura reactanților de exemplul interacțiunii acizilor cu metalele
| Turnați 1-2 ml de acid clorhidric în două eprubete și puneți: în prima - o granulă de zinc, în a doua - o bucată de fier de aceeași dimensiune. Natura reactivului afectează viteza de interacțiune dintre un acid și un metal? De ce? Scrieți ecuațiile de reacție în forme moleculare și ionice. Considerați-le din punctul de vedere al oxido-reducerii. Apoi se pun în alte două eprubete pe aceeași granulă de zinc și se adaugă soluții de acizi de aceeași concentrație: în primul - acid clorhidric, în al doilea - acetic. Natura reactivului afectează viteza de interacțiune dintre un acid și un metal? De ce? Scrieți ecuațiile de reacție în forme moleculare și ionice. Considerați-le din punctul de vedere al oxido-reducerii. |
2. Concentrația reactanților. Să trecem la experiment.
Experimentul de laborator nr. 5
Dependența vitezei unei reacții chimice de concentrația reactanților de exemplul interacțiunii zincului cu acidul clorhidric de diferite concentrații
Este ușor de concluzionat: cu cât concentrația de reactanți este mai mare, cu atât este mai mare rata de interacțiune între ei.
Concentrația de substanțe gazoase pentru procese de producție omogene este crescută prin creșterea presiunii. De exemplu, acest lucru se realizează în producția de acid sulfuric, amoniac, alcool etilic.
Factorul dependenței vitezei unei reacții chimice de concentrația substanțelor care reacţionează este luat în considerare nu numai în producție, ci și în alte domenii ale vieții umane, de exemplu, în medicină. Pacienții cu boli pulmonare, la care rata de interacțiune a hemoglobinei din sânge cu oxigenul atmosferic este scăzută, facilitează respirația cu ajutorul pernelor de oxigen.
3. Zona de contact a reactanților. Un experiment care ilustrează dependența vitezei unei reacții chimice de acest factor poate fi efectuat folosind următorul experiment.
Experimentul de laborator nr 6
Dependența vitezei unei reacții chimice de zona de contact a reactanților
Pentru reacții eterogene: cu cât aria de contact a reactanților este mai mare, cu atât viteza de reacție este mai rapidă.
Ai putea vedea asta din experiența personală. Pentru a aprinde focul, pui mici așchii sub lemne de foc, iar sub ele - hârtie mototolită, din care a luat foc tot focul. Dimpotrivă, stingerea unui incendiu cu apă înseamnă reducerea zonei de contact a obiectelor care arde cu aerul.
În producție, acest factor este luat în considerare intenționat, se utilizează așa-numitul pat fluidizat. Pentru a crește viteza de reacție, solidul este zdrobit aproape până la starea de praf, iar apoi o a doua substanță, de obicei gazoasă, este trecută prin el de jos. Trecerea acestuia printr-un solid divizat fin creează un efect de fierbere (de unde și numele metodei). Patul fluidizat este utilizat, de exemplu, la producerea acidului sulfuric și a produselor petroliere.
Experimentul de laborator nr 7
Modelare în pat fluidizat
4. Temperatura. Să trecem la experiment.
Experimentul de laborator nr 8
Dependența vitezei unei reacții chimice de temperatura substanțelor care reacționează de exemplul interacțiunii oxidului de cupru (II) cu o soluție de acid sulfuric la diferite temperaturi
Este ușor de concluzionat că, cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai rapidă viteza de reacție.
Primul laureat al Premiului Nobel, chimistul olandez J. X. Van't Hoff, a formulat regula:
În producție, de regulă, se folosesc procese chimice la temperatură înaltă: la topirea fierului și a oțelului, topirea sticlei și a săpunului, producția de hârtie și produse petroliere etc. (Fig. 12).
Orez. 12.
Procese chimice la temperatură înaltă: 1 - topirea fierului; 2 - topirea sticlei; 3 - producerea de produse petroliere
Al cincilea factor de care depinde viteza unei reacții chimice este catalizatorii. Îl veți întâlni în paragraful următor.
Cuvinte și concepte noi
- Reacții chimice și clasificarea lor.
- Semne ale clasificării reacțiilor chimice.
- Viteza unei reacții chimice și factorii de care depinde aceasta.
Sarcini pentru munca independentă
- Ce este o reacție chimică? Care este esența proceselor chimice?
- Oferiți o clasificare completă a următoarelor procese chimice:
- a) arderea fosforului;
- b) interacţiunea unei soluţii de acid sulfuric cu aluminiul;
- c) reactii de neutralizare;
- d) formarea oxidului de azot (IV) din oxidul de azot (II) și oxigenului.
- Pe baza experienței personale, dați exemple de reacții chimice care au loc la viteze diferite.
- Care este viteza unei reacții chimice? De ce factori depinde?
- Dați exemple de influență a diverșilor factori asupra proceselor biochimice și chimice industriale.
- Pe baza experienței personale, dați exemple despre influența diverșilor factori asupra reacțiilor chimice care apar în viața de zi cu zi.
- De ce se păstrează alimentele în frigider?
- Reacția chimică a fost începută la o temperatură de 100°C, apoi ridicată la 150°C. Coeficientul de temperatură al acestei reacții este 2. De câte ori va crește viteza reacției chimice?
